全新药物设计

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1、全新药物设计§8.1全新药物设计的基本原理和主要问题全新药物设计（denovodrugdesign）就是根据靶标分子结合位点的几何特征和化学性质，设计出与其相匹配的具有全新结构的化学结构。确定活性部位结构特征产生匹配的配体分子预测设计化合物的活性候选化学物的合成和活性测试全新药物设计的一般过程具体步骤：（一）确定活性位点根据靶标的三维结构以及受体－配体的作用特征，合理定义受体活性结合位点的结构和化学特征，如疏水场分布、氢键作用位点、静电场分布、立体结构等特征，这些特征除了从受体的结构或生化实验中得到外，也可以用一些计算的方法得到如COMFA模型、药

2、效基团模型、分子对接模型等等（二）产生合适的配体分子根据活性位点的特征，产生相应的相匹配的配体小分子片段，用连接基团将小分子片段连接成完整的分子。（三）配体分子活性的评估对连接完整的配体分子，通过一定的方法来评价它们与靶标分子的结合活性，并且进行排序，从中选择部分评价最佳的配体分子进行一步的结构优化或合成。（四）配体分子的合成和活性测试选择评价最佳的配体分子进行合成，并且测定其活性，经过几轮循环，发现新的先导化合物。全新药物设计正处于发展的阶段，已经有了很多算法，但每一种算法都并非完善，或多或少存在着各种局限性，在很大程度上人的经验因素在药物设计中

3、占有很大的比重，目前面临的主要问题有：（1）片段和蛋白的柔性（2）和分子对接的程序一样，全新药物设计的方法也缺乏一种完善、有效的评价方法来评估配体，现有的打分方法都存在着各自的缺陷和局限性（3）设计过程中只考虑受体和配体的作用，无法考虑药物复杂的作用机制（4）可能设计的基团在化学和生物上不稳定，再者难于合成§8.2全新药物设计的一些重要方法全新药物设计方法出现的时间虽然不长,但发展极为迅速,最早的全新设计方法为GRID，然后各种方法应运而生，现已开发出一批实用性较强的软件,其主要软件有LUDI、Leapfrog、SPROUT、Builder等,其中

4、LUDI最为常用全新药物设计的方法很多，但这些方法的基本思路是相似的，就是通过分析蛋白质活性口袋的特征来得到和口袋特征相匹配的配体分子或片段，主要分为活性位点分析法、分子连接法两种方法。1活性位点分析法（activesiteananlysis,ASA）ASA方法主要预测与生物大分子有较好结合的原子或基团，用来分析的探针分子可能是一些简单的分子或碎片，例如水或苯环，结果可找到这些分子或碎片在活性部位中的可能结合位置。因为这一方法无法产生完整的分子，但在全新药物设计方法中十分重要，并且是一个成功的全新药物设计的重要组成部分。如图显示了怎样将一些典型分子

5、碎片放置在受体活性部位中的合适位置上。OH=O疏水区氢键给体区评价选择的碎片和靶标蛋白活性位点结合好坏的方法有好几种：基于能量计算的方法，用分子力场的方法，计算碎片与受体大分子的作用能，这种方法计算量大，计算依赖如力场参数，并且在能量计算中，溶剂的作用十分重要现在发展了一些经验计算方法来克服这些缺点，这些经验参数是建立在大量实验数据的基础上，虽然其物理意义不是十分明确，但实用，并且计算速度比能量计算方法快采用ASA方法有关的软件有：1）Grid，是Goodford等发展的评价小的有机分子片段和受体相互作用的方法。其基本的原理将受体生物大分子的活性部

6、位划分为有规则的网格点，将探针分子放置在这些网格点上，用分子力场的方法计算网格点上各种探针分子与受体活性位点原子的相互作用能，从而搜寻出各种探针分子的最佳作用区域如Agouron公司成功地运用GRID软件设计出胸苷酸合成酶抑制剂。Pissabarro等运用GRID和LUDI相结合的方法，成功设计出了活性较高的PLA2酶的抑制剂。2）MCSS（multiplecopysimultaneoussearch，MCSS），MCSS是karplus等人发展的一套方法，目前已经作为InsightII中的一个模块实现了商业化，这一方法基本要点在运用CHARMM力

7、场进行分子动力学模拟时，忽略溶剂分子间的非键相互作用，这样在分子动力学模拟时，溶剂分子在能量合适的区域就叠合在一起，从而提高了搜寻溶剂分子与受体分子结合区域的效率。小分子碎片如水和苯分子可当作溶剂分子，运用分子动力学的方法搜寻分子碎片与受体的结合区域，对低能碎片结合区域通过能量优化和比较结合能，从而确定碎片的最佳作用位点。3）HINT，是Kellogg等人发展的计算分子酯水分配系数以及评价分子间相互作用的方法。HINT软件能较好地搜寻出受体与配体疏水性基团结合的疏水区域，结果与晶体结构测定结果一致。ASA方法能获得不同碎片与受体结合的最佳位置，并且

8、通过能量评价可以发现不同碎片与受体结合的取向，为以后的分子连接性方法打下了基础，再者运用不同的碎片作为探针，大大扩大了分子